Entwicklung einer hydraulischen Komponente aus dem automobilen Bremssystem zur Fertigung mittels Laserstrahlschmelzen

In der vorliegenden Masterarbeit wird die Entwicklung und prototypische Herstellung einer hydraulischen Komponente für das automobile Bremssystem behandelt. Zu Beginn wird dafür ein Überblick zum Stand der Technik zu Bremssystemen in Personenkraftwagen, der Brakeby- Wire-Technologie sowie ein Überblick zu integrierten Bremssystemen vorgestellt. Des Weiteren wird auf die additive Fertigungstechnologie Laserstrahlschmelzen, additiv verarbeitbare Aluminiumlegierungen, sowie auf additiv-fertigungsgerechte Konstruktionsrichtlinien eingegangen. Nach Darstellung der vorgegebenen Rahmenbedingungen und hydraulischen Funktionsweise eines integrierten Bremssystems werden Ideen und Konzepte zur Entwicklung des Hydraulikgehäuses vorgestellt. Basierend darauf werden die Computer Aided Design (CAD) Entwicklungsschritte der Konzepte beschrieben. Mit einem methodengestützten Auswahlverfahren wird ein Favoritenkonzept ermittelt, welches in ein finales Design modelliert wird. Im weiteren Verlauf werden dann die notwendigen Daten-Vorbereitungsschritte in der spezifischen Software zur additiven Fertigung des Bauteils erklärt. Anschließend wird auf die Fertigung und Fertigungsanlageninfrastruktur sowie auf zu erfolgende manuelle Nachbearbeitungsschritte eingegangen. Die Schritte der Vorbereitung, Fertigung und Nachbearbeitung folgen dabei einem additiv-spezifischen Prozessablauf. Die Ergebnisse und Erkenntnisse der prototypischen Fertigung und des Nacharbeitsprozesses werden untersucht und dokumentiert. Ergänzend zur praktischen Fertigung der Gehäusekomponente wird eine FEM-Simulation mit der Geometrie des favorisierten Gehäuses, einer Adaption eines realen Lastfalls und zwei Materialien mit unterschiedlichen mechanischen Kennwerten, durchgeführt. Ferner wird in der Masterarbeit eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung angestellt, die sowohl eine Kostenkalkulation entlang der internen Prozesskette als auch einen qualitativen Vergleich zu einer auf konventionelle Weise gefertigte Gehäusekomponente aufzeigt. Abschließend werden die Ergebnisse und Erkenntnisse der Analysen diskutiert und kritisch hinterfragt. Im Abschnitt Ausblick wird auf weitere projektbezogene Studien, Entwicklungen und Optimierungspotentiale eingegangen.

The present master thesis deals with the development and prototypical production of a hydraulic component for the automotive braking system. At the beginning, an overview of the state of the art for brake systems in passenger cars, brake-by-wire technology and integrated brake systems is presented. Furthermore, the additive manufacturing technology of laser beam melting and additively processable aluminum alloys, as well as additive manufacturing-oriented construction guidelines are discussed. After presenting the given framework conditions and hydraulic functionality of an integrated brake system, ideas and concepts for the development of the hydraulic housing are presented. Based on this, the CAD development steps of the concepts are described. A favorite concept is determined using a method-based selection process, which is then modeled into a final design. The necessary data preparation steps in the specific software for additive manufacturing of the component are explained below. Afterwards the production and manufacturing plant infrastructure as well as manual post-processing steps to be carried out are discussed. The steps of preparation, production and post-processing follow an additive-specific process flow. The results and findings of the prototype production and the reworking process are examined and documented. In addition to the practical production of the housing component, an FEM simulation is carried out with the geometry of the preferred housing, an adaptation of a real load case and two materials with different mechanical parameters. Furthermore, an economic feasibility study is presented in the master's thesis, which shows both a cost calculation along the internal process chain and a qualitative comparison with a conventionally manufactured housing component. Finally, the results and findings of the analyzes are discussed and critically questioned. In the Outlook section, further project-related studies, developments and optimization potential are discussed.